趣味力學現象

走路的力學

活動離不開走路，但學會走路並不容易。原始人類從絲足爬行進化到雙足直立行走，經曆了10000多萬年漫長的曆程。從靜力學角度分析，雙足步行與四足爬行最大的區別在於：四足爬行可以保證質心不越出支撐足與地面的接觸點圍成的區域，因此每個時刻都處於靜力學平衡狀態。

而雙足步行只有一個支點，重心經常越出支撐足與地面的接觸范圍，處於靜力學不平衡狀態。人在走路時重心總是位於支點的上方，相當於一個倒置的複擺。簡單的動力學分析可以證明，倒擺的運動局限在垂直的位置附近的小范圍內，支點的控制作用可使倒擺的垂直平衡位置從不穩定轉為穩定。

在實際步行運動中，經過訓練的人會要求人體重心在支點後方時，足底的摩擦力朝後，則隨重心的前移而減小。當重心移到質點的前方時，摩擦力變向改為朝前。穿上底部有花紋的防滑鞋可使摩擦系數增大，穩定域也隨之擴大。當運動員身體前傾、步長增大時仍能保證步行的穩定性。

秦陵銅車的力學原理

1980年從秦始皇陵西側出土的兩乘銅馬車，是仿照秦始皇生前出遊的儀仗車制作的，約為真實馬車的二分之一大小。銅馬車結構設計之合理，造型之完美，工藝制作之精良，震驚中外。這一曆史文物不僅是舉世無雙的設計傑作和工藝精品，更是秦代機械的典型代表。在兩千多年前的秦代，中國機械設計的先驅們已經能靈活巧妙的應用力學知識和原理進行機械設計了，這無可置疑的證明了，當時我國的科學技術走在世界的前列。

蹤跡隨風葉，程途犯鬥槎

“蹤跡隨風葉，程途犯鬥槎”，詩人由景入情，以景寓情，用風葉和船只所顯示的流體運動來形象、生動地比喻和描述遠行在外之人的行跡和旅途。

流動顯示是求不改變流體運動性質的前提下，用圖像顯示流體運動的方法，其任務是將流體不可見的流動特征成為可見的。俗話說“百聞不如一見”，人們通過流動顯示看到了流體的特征，從而可進一步研究探索和應用流體運動規律。現在以“雲”來顯示大氣的流動，人們已很常見。如每天在中央電視台的氣象預報節目中，人們能從電視屏幕上看到由雲形成的千姿百態的流動圖案，顯示出在大氣中所發生的動力過程。

流動顯示是了解流體運動特性，並深入探索其物理機制的一種直觀、有效的手段。它能發現新的流動現象，如層流和湍流兩種流動狀態及其轉捩、渦旋、分離、激波、邊界層、壁湍流相幹結構等；據了解，流動顯示技術己在許多實際問題的研究中,發揮了很大的作用，如叁角翼和雙叁角翼的前緣主渦、二次渦和尾渦的形成和發展，鈍物體尾跡的渦旋結構，以及多體幹擾等。

風乍起，吹皺一池春水

“風乍起，吹皺一池春水。”是南唐詞人馮延巳的詞作《謁金門·風乍起》中的首句，作者用一個“皺”字將春風吹拂而過，水面蕩漾起細微波紋的畫面從靜景變為動景，從力學角度來看，是一幅流動不穩定性的畫面，即“風生波”問題，觀察海面由風吹起的波浪，當風速達到76.4m/s時，碎浪和蒸發率都突然增加，當風速增大到88.8m/s時，波浪的波長可增大到6cm。由於海洋開發利用的需要，風浪的發生機制問題至今仍是流體力學和海洋科學工作者關心和研究的課題。